Page 58 - 《精细化工》2021年第11期
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·2204·                            精细化工   FINE CHEMICALS                                 第 38 卷

            子输运性能和电荷分离效率。CAO 等                [48] 以二甲基亚       半导体表面形成了 Z 型层状异质结结构，从而导致
                                                                                  [54]
            砜与 g-C 3 N 4 纳米片为材料，通过溶剂热法原位制备                     快速的电荷分离和传输 。产氢效率为 4128 μmol/(h·g)，
            了 CdS/g-C 3 N 4 ，弥补了煅烧中 CdS 量子点容易聚集                分别比传统 g-C 3 N 4 和 TiO 2 高 7.7 倍和 1.9 倍。YU
            的缺点。结果显示，CdS 量子点均匀地分布在晶体                           等 [55] 利用原位合成法制作了 g-C 3 N 4 /Gd-N-TiO 2 复合
            表面，复合材料反应机理如图 7 所示。在抗坏血酸                           材料，晶粒界面上空穴的异质结使光生电子快速传
            （H 2 A）的作用下，最佳 CdS 质量分数为 12%的                      递和分离，Gd-N-TiO 2 和 g-C 3 N 4 能级的良好匹配显
            CdS/g-C 3 N 4 复合材料的产氢效率为 4494 μmol/(h·g)，          著提高了光催化活性         [56] 。在 TiO 2 的利用上，XIAO
            是传统 g-C 3 N 4 的 115 倍。                             等 [57] 选择通过阳极氧化、NaBH 4 还原和气相沉积的
                                                               方法制备了具有界面氧空位层的 g-C 3 N 4 /TiO 2 （记为
                                                               0D/1D g-C 3 N 4 /OV-TiO 2 ），一系列测试结果显示，界

                                                               面氧空位层（OV）的构建有利于电荷转移，同时 TiO 2
                                                               纳米管的极限效应与 g-C 3 N 4 纳米粒子之间的耦合作用
                                                               也有助于提高光电倍增管的性能              [58] 。g-C 3N 4 /OV-TiO 2
                                                                                                 –1
                                                               的表观速率反应常数达到 0.0494 min ，明显高于
                                                                                    –1
                                                               g-C 3N 4/TiO 2 （0.0314 min ）。
                                                               2.2.3  Ni 系半导体
                                                                   Ni 系半导体通常起到类似于 Pt 助催化剂的效
                                                               果，但由于其是非贵金属，成本低廉而受到研究者
                                                                                   [59]
                     图 7  CdS/g-C 3 N 4 光催化示意图 [48]            们的广泛关注。GE 等           通过水热法-高温氨化法将
             Fig. 7    Schematic diagram of CdS/g-C 3 N 4  photocatalysis [48]    非贵金属 Ni 3 N 作为助催化剂来修饰 g-C 3 N 4 ，Ni 3 N
                                                               均匀分布后会与 g-C 3 N 4 形成典型的半导体界面，使
                 同样是运用 CdS 复合，ZHANG 等           [49] 利用溶剂      得电子与空穴的传输距离变短，减少了电子与空穴
            热 和化学吸 附，采用 两步自组 装法制备 了                            的复合   [60] ，促进光生电子的转移，从而提升光催化
            CdS/g-C 3 N 4 核/壳纳米线。在 g-C 3 N 4 最佳质量分数为           性能。H 2 的最佳析出率达到 305.4 μmol/(h·g)，约为
            2%时，g-C 3 N 4 会在 CdS 上形成一层不封闭的薄壳                   传统 g-C 3 N 4 的 3 倍，在 420 nm 时表观量子产率为
            层，使 CdS 纳米线的尖端和部分区域暴露在外，而                          0.45%。SUN 等   [61] 合成了 Ni 2 P、Ni 12 P 5 和 Ni 3 P 3 种
            该不封闭的薄层恰到好处地避免了光生空穴-电子                             不同晶相，并与 g-C 3 N 4 杂化，研究了 Ni x P y 对光催
            对的严重复合，同时使 CdS 与 g-C 3 N 4 的协同作用达                  化产生 H 2 的影响。其中，Ni 2 P 在 3 种不同晶相中表
            到最大，光催化活性最强            [50] 。二者的协同作用有效             现出最高的光催化活性。首先，在促进电荷转移方
            地分离了光生电子和空穴，并将腐蚀性空穴稳定地                             面，由于 Ni 2 P 有较大的功函数，使 g-C 3 N 4 的电子
            转移到 g-C 3 N 4 中。最佳产氢效率为 152 μmol/(h·g)，            能够较容易转移到 Ni 2 P 表面的助催化剂上，将水还
            420 nm 处的量子效率可达到 4.3%。                             原为 H 2 。其次，在 3 种 Ni x P y 的不同晶相中，过渡
            2.2.2  Ti 系半导体                                     金属磷化物中的 P 位点能够促进 H 受体的传递，从
                                                                                              +
                 Ti 系半导体是最早应用于光解水制氢领域的半                        而发挥关键作用。其中，Ni 2 P 中的 P 原子占比最高，
            导体之一，其与 g-C 3 N 4 可以形成异质结，减小电子                     表明 Ni 2 P 可以提供更多的 H 受体中心，因此，较
                                                                                         +
            的运输距离。PAN 等        [51] 通过简单的水热沉积和雕塑               高的 P 原子占比可以加速电荷转移，提供更多的 Ni
                                   3+
            还原工艺成功地制备了 Ti 自掺杂 B-TiO 2 /g-C 3 N 4 空             —P 键，从而获得较好的产 H 2 性能            [62] 。当 Ni 2 P 的
            心核壳型纳米异质结，其催化活性分别约是普通                              负载量（以 g-C 3 N 4 的质量计）为 5%时，最佳产氢
                                             3+
            TiO 2 和 g-C 3 N 4 的 18 倍和 65 倍。Ti 可以诱导界面           效率为 162 μmol/(h·g)，是传统 g-C 3 N 4 的 34 倍。
            形成自氢化壳，从而减小 H 2 的活化势垒，核-壳异                         2.2.4  Fe 系半导体
            质结可以驱动光子产生载流子的转移，促进光子分                                 Fe 作为地球上最丰富的元素之一，成本比其他
            离，提高光催化活性          [52] 。WANG 等 [53] 采用水热和煅        具有相当催化活性的金属低大约两个数量级。ZENG
            烧两种工艺，设计并制备了 Z 型层状异质结的 3D                          等 [63] 采用气相磷化的方法，以 NaH 2 PO 2 为 P 源，实
            TiO 2 微花/2D g-C 3 N 4 纳米片材料。采用水分解法在太               现了<5 nm 超细 FeP 纳米点与 g-C 3 N 4 复合的异质结
            阳光照射下对复合光催化剂的光催化性能进行了评                             工程。实验证明，FeP 与 g-C 3 N 4 间会产生紧密的
            价。结果表明，该复合材料中 g-C 3N 4 的最佳质量分数                     0D/2D 异质界面，复合材料会诱导光生电子-空穴对
            为 50%，TiO 2 /g-C 3 N 4 复合材料的光催化活性最高，               穿过这层界面，从而达到电子-空穴对的有效分离和
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